Modelos Atômicos: Da Origem à Distribuição Eletrônica
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A origem da palavra átomo
A palavra átomo foi utilizada pela primeira vez na Grécia Antiga, por volta de 400 a.C. Demócrito, um filósofo grego, acreditava que todo tipo de matéria fosse formado por diminutas partículas que denominou átomos (sem divisão). Acreditava-se que tais partículas representavam a menor porção de matéria possível, ou seja, eram indivisíveis. Como esta ideia não pôde ser comprovada por Demócrito e seus contemporâneos, ela ficou conhecida como o 1º modelo atômico, porém meramente filosófico.
Modelo Atômico de Dalton
As ideias de Demócrito permaneceram inalteradas por aproximadamente 2200 anos. Em 1808, Dalton retomou estas ideias sob uma nova perspectiva: a experimentação. Baseado em reações químicas e pesagens minuciosas, chegou à conclusão de que os átomos realmente existiam e possuíam características específicas:
- Toda matéria é formada por diminutas partículas esféricas, maciças, neutras e indivisíveis chamadas átomos.
- Existe um número finito de tipos de átomos na natureza.
- A combinação de iguais ou diferentes tipos de átomos origina os diferentes materiais.
Postulados de Dalton:
- Toda matéria é formada de partículas fundamentais, os átomos.
- Os átomos não podem ser criados nem destruídos; eles são permanentes e indivisíveis.
- Um composto químico é formado pela combinação de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa.
- Os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos, já os átomos de diferentes elementos possuem propriedades diferentes. Os átomos caracterizam os elementos.
- Quando os átomos se combinam para formar um composto, se separam ou ocorre um rearranjo, são indícios de uma transformação química.
Resumindo: Dalton acreditava que o átomo era uma esfera maciça, homogênea, indestrutível, indivisível e de carga elétrica neutra. Se fizermos uma comparação, os átomos seriam semelhantes a bolinhas de gude: maciças e esféricas.
Modelo Atômico de Thomson
Ao final do século XIX, surgiram evidências de que o átomo seria divisível. Em 1897, Thomson demonstrou a existência de "corpúsculos" na matéria, que mais tarde viriam a ser conhecidos como elétrons. Como estes elétrons apresentaram carga negativa, houve necessidade de se alterar o modelo de átomo para assimilar esta novidade. Thomson propôs então o modelo do "pudim de passas", onde existiam simultaneamente cargas positivas e negativas. Neste modelo, o átomo era uma esfera maciça, constituída por um material positivo, possuindo elétrons incrustados em sua superfície. As cargas positivas e negativas existiam em iguais quantidades, garantindo a neutralidade do átomo.
Modelo Atômico de Rutherford
Rutherford era um pesquisador ligado à equipe de Thomson quando realizou um experimento que mudaria completamente a visão do homem a respeito do átomo. Em 1911, ele bombardeou uma finíssima lâmina de ouro (0,0001 cm) com partículas alfa oriundas de uma amostra contendo Polônio. A área em que se realizava o experimento era cercada por um anteparo recoberto por sulfeto de zinco, que cintilava ao sofrer impacto. Para espanto geral, a grande maioria das partículas alfa disparadas contra a placa passou por ela como se não existisse. Somente algumas passavam com desvios e algumas outras retrocediam.
Tal resultado levou Rutherford a propor que a matéria é constituída principalmente por espaços vazios. Como as partículas alfa são positivas, concluiu-se que os desvios e retrocessos fossem resultado da interação dessas com o núcleo. Como estes desvios foram poucos, concluiu-se que a massa do átomo fosse concentrada numa região central positiva chamada núcleo. Os prótons são as partículas que dão caráter positivo ao núcleo. Os elétrons ou cargas negativas estariam circundando o núcleo em número tal que possibilitasse ao átomo ser neutro. A região onde circundam os elétrons, que dá o volume do átomo, recebeu o nome de eletrosfera. O modelo de Rutherford é muito parecido com o sistema solar, com o núcleo ocupando o lugar do sol e os elétrons, o dos planetas.
Posteriormente, em 1932, Chadwick descobriu que no núcleo também existem os nêutrons, que são partículas sem carga. Estava composto então o quadro de partículas que compõem o átomo:
| Partícula | Carga | Massa Relativa |
|---|---|---|
| Próton | +1 | 1 |
| Nêutron | 0 | 1 |
| Elétron | -1 | 1/1836 |
Modelo Atômico de Rutherford-Bohr
Apesar de revolucionário, o modelo de Rutherford não conseguiu explicar o comportamento dos elétrons ao redor do núcleo. Tal comportamento foi explicado por Bohr, em 1913. Em seu modelo, Bohr propôs que os elétrons se movimentassem ao redor do núcleo seguindo trajetórias circulares denominadas de camadas ou níveis. Estas camadas foram especificadas por letras a partir da mais interna: K, L, M, N, O, P e Q. Os elétrons podiam ir de um nível mais interno para outro mais externo absorvendo energia; no processo inverso, ocorreria emissão de energia.
- A camada mais externa de um átomo não pode possuir mais de 8 elétrons.
Distribuição Eletrônica
Os elétrons estão distribuídos em camadas ao redor do núcleo. Admite-se a existência de 7 camadas eletrônicas, designadas pelas letras maiúsculas: K, L, M, N, O, P e Q. À medida que as camadas se afastam do núcleo, aumenta a energia dos elétrons nelas localizados.
| Nível de energia | Camada | Número máximo de elétrons |
|---|---|---|
| 1º | K | 2 |
| 2º | L | 8 |
| 3º | M | 18 |
| 4º | N | 32 |
| 5º | O | 32 |
| 6º | P | 18 |
| 7º | Q | 2 (alguns autores admitem até 8) |
Em cada camada, os elétrons se distribuem em subcamadas ou subníveis de energia (s, p, d, f). O número de subníveis que constituem cada nível de energia depende do número máximo de elétrons que cabe em cada nível.
Cálculo da massa atômica: A = Z + N (Onde A = Número de Massa, Z = Número Atômico e N = Número de Nêutrons).